[發明專利]一種測定厭氧消化出水中揮發性脂肪酸的微生物電化學庫倫方法

有效

• 申請號: 202010670670.X
• 申請日: 2020-07-13
• 公開（公告）號: CN111855786B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 劉鴻;馬惟奇;王宗萍;高陽陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: G01N27/42
• 分類號: G01N27/42;C02F3/28;C02F101/30
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種測定厭氧消化出水中揮發性脂肪酸的微生物電化學庫倫方法，其特征在于，所述方法基于微生物電化學系統，利用庫倫密度和揮發性脂肪酸濃度的線性關系對厭氧消化出水中揮發性脂肪酸進行測定；

所述方法具體包括如下步驟：

(1)采用外電路連有外電阻及電壓采集裝置的雙室空氣陰極微生物燃料電池，向空白陽極溶液中加入揮發性脂肪酸，分別配制一系列具有相同揮發性脂肪酸濃度的陽極溶液，將各具有相同揮發性脂肪酸濃度的陽極溶液處理至厭氧狀態后分別加入相應所述電池陽極室中，將陰極溶液分別加入相應所述電池陰極室中，再分別加入微生物菌液后保持封閉厭氧狀態，啟動相應所述電池；

(2)向空白陽極溶液中加入揮發性脂肪酸，分別配制一系列具有不同揮發性脂肪酸濃度的陽極溶液，將各具有不同揮發性脂肪酸濃度的陽極溶液處理至厭氧狀態后分別加入相應步驟(1)中啟動后的電池陽極室中，保持封閉厭氧狀態，運行后以注入各具有不同揮發性脂肪酸濃度的陽極溶液后相應電池的首個輸出電壓作為測定起點，以相應電池運行后期基本保持不變的輸出電壓作為測定終點，依次通過公式I、II分別計算相應電池的庫倫量Q和庫倫密度，繪制庫倫密度與揮發性脂肪酸濃度的標準曲線，獲得庫倫密度與揮發性脂肪酸濃度的線性方程；

式I、II中，U為采集的電壓，V；

R為外電阻，Ω；

t為測定時間，s；

V_An為陽極室水樣體積，L；

(3)將待測水樣加入空白陽極溶液處理至厭氧狀態后置于步驟(1)中啟動后的電池陽極室中，參照步驟(2)中的方法，獲得庫倫密度，將所述庫倫密度代入步驟(2)中線性方程，獲得所述待測水樣中揮發性脂肪酸濃度。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述雙室空氣陰極微生物燃料電池中陽極材料以不銹鋼網為基體用鈦絲縫合碳布制作而成，陰極材料以碳布為基體負載Pt/C催化劑。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述處理至厭氧狀態通過曝氮氣實現。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述微生物菌液取自厭氧生物處理池中的廢水。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，啟動相應所述電池具體按如下方法進行：將各相應所述電池運行，記錄各相應所述電池輸出電壓的變化，并繪制各相應所述電池輸出電壓曲線，當輸出電壓由峰值下降后，更換各相應所述電池中陽極溶液和陰極溶液，重復上述操作直至各相應所述電池輸出電壓曲線保持一致，即可，其中，每次更換的陽極溶液和陰極溶液分別與最初加入的陽極溶液和陰極溶液相同，且每次均將更換后的陽極溶液處理至厭氧狀態。

6.如權利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，所述揮發性脂肪酸由乙酸鈉、丙酸鈉、丁酸鈉和甲酸鈉按摩爾比10:2:2:1混合而成，所述揮發性脂肪酸濃度以乙酸鈉、丙酸鈉、丁酸鈉和甲酸鈉四者對應的H+濃度總和計。

7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述外電阻的電阻值為1000Ω；

所述空白陽極溶液包括如下組分：NaH₂PO₄ 4.68g/L、Na₂HPO₄ 8.66g/L、KCl 0.13g/L、NH₄Cl 0.31g/L、維生素B7 10μg/L、維生素B6 50μg/L、維生素B1 25μg/L、維生素B2 25μg/L、維生素B3 25μg/L、維生素B12 0.5μg/L、葉酸10μg/L、對氨基苯甲酸25μg/L、硫辛酸25μg/L、泛酸鈣25μg/L、氨基三乙酸18.75mg/L、MgSO₄·7H₂O 37.5mg/L、MgSO₄·2H₂O 6.25mg/L、NaCl 12.5mg/L、FeSO₄·7H₂O 1.25mg/L、CoSO₄ 1.25mg/L、CaCl₂·2H₂O 1.25mg/L、ZnSO₄1.25mg/L、CuSO₄·5H2O 0.125mg/L、AlK(SO₄)₂ 0.125mg/L、H₃BO₃ 0.125mg/L、Na₂MoO₄·2H₂O 0.125mg/L；

所述陰極溶液包括如下組分：NaH₂PO₄ 4.68g/L、Na₂HPO₄ 8.66g/L；

所述一系列具有相同揮發性脂肪酸濃度的陽極溶液中揮發性脂肪酸濃度均為5mmol/L；

所述一系列具有不同揮發性脂肪酸濃度的陽極溶液中揮發性脂肪酸濃度依次為1mmol/L、2mmol/L、3mmol/L、4mmol/L、5mmol/L；

所述線性方程為Y＝665.68X-275.74，R²＝0.9998；Y為庫倫密度，C/L；X為揮發性脂肪酸濃度，mmol/L。